KR100374967B1 - 증기를내연기관의흡기에공급하는방법및그방법을실시하는장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관(1)에 공급하는 흡기(intake air)에 증기를 공급하는 방법에 관한 것이다.

이 방법은 증기를 공급하기전에 흡기를 압축하고, 가습수단(moistening means)(8)내에서 흡기와 액체를 접촉하며, 압축흡기와 액체를 가습수단(8)내로 동시에 공급하여 흡기와 액체가 가습수단(8)를 통하여 반대방향으로 유동하도록 하는 스텝으로 구성한다.

본 발명은 또 흡기를 압축하는 압축기(6)를 접속시킨 내연기관(1)의 흡기에 증기를 공급하는 장치에 관한 것이다.

그 장치는 압축기(6)와 내연기관(1)사이에 접속시켜, 물을 가습수단(8)내로 공급하는 제 1접속과 흡기를 가습수단(8)내로 공급하는 제 2접속을 구비한 가습수단(8)을 구성하여, 그 가습수단(8)은 흡기와 물을 서로 접촉시켜 가습수단(8)을 통하여 반대방향으로 유동하도록 하여 흡기에 수증기를 공급하도록 한다.

Description

증기를 내연기관의 흡기에 공급하는 방법 및 그 방법을 실시하는 장치

첨부도면에 따라 본 발명은 구체적으로 설명한다.

첨부도면은 내연기관을 포함하며 본발명의 방법을 사용한 장치의 개략도로서 본발명의 한 실시예를 나타낸다.

첨부도면에서는 6개의 실린더(cylinder)(2)를 가진 내연기관(1)을 나타낸다.

그 내연기관(1)은 하나의 터보차지 디젤엔진(turbo charged diesel engine)이다. 터보과급기(turbo charger)는 하나의 터빈(burbine)(3)으로 구성하며, 그 터빈은 내연기관(1)의 배기측면(exhaust gas side)에 배기콘딧(exhaust gas conduit)(4)을 통하여 접속되어 있다. 그 터빈(3)은 하나의 축(shaft)(5)으로 압축기(compressor)(6)에 접속시켜 압축기를 구동하며, 내연기관(1)의 흡기측에서 내연기관(1)에 공급하는 흡기를 제 1에어, 콘딧(first air conduit)(7)을 통해 압축한다.

압축기(6)와 내연기관(1)사이에는 하나의 가습수단(moistening neans)(8)이 배치되어 있어, 이 실시예에서는 그 가습수단으로서 가습탑(moistening tower)을 구성하며, 그 가습탑(8)을 제 2에어콘딧(second air conduit)(9)을 통하여 내연기관(1)에 흡기를 공급하기전에 흡기에 수증기를 공급하도록 하기 위하여 접속되어 있다.

수증기는 탱크(tank)(10)에서 열교환기(heat exchanger)(11)를 통하여 가습탑(8)으로 공급한 물에서 생성한다.

열교환기(11)에서는 그물을 내연기관의 냉각수에 의해 가열하며, 그 냉각수는 콘딧(conduit)(12)에 의해 열교환기(11)를 통해 순환한다. 그 물은 가습탑(8)의 상부분(upper part)내로 공급되고 동시에 흡기는 가습탑(8)의 저부분(lower part)내로 공급된다.

그 물은 노즐(81)에 의해 가습탑(8)내에서 미스트(mist)로 분산되어, 그 미스트는 하방으로 자유낙하한 다음에 가습탑(8)의 저부면(bottom)에서 다시 회수하며, 가습탑(8)의 저부면에서 회수한 미스트는 콘딧(conduit)(13)를 통하여 탱크(10)로 배출된다.

동시에, 흡기는 가습탑(8)내부로 가압하에 공급시켜 제 2에어 콘딧(second air conduit)(9)내부 상방으로 유입시킨다.

가습탑(8)내에서는 흡기와 물이 서로 접촉하면서 반대방향으로 유동한다.

연료는 연료라인(fuel line)(14)를 통하여 내연기관(1)에 공급되고, 내연기관은 제너레이터(generator)(15)에 접속되어 있다.

증기는 다음과 같이 공급한다.

흡기는 압축기(6)내에서 압축시키며, 압축기(6)는 축(5)을 통하여 터빈(3)에 의해 구동되고, 터빈(3)은 내연기관(1)의 배기에 의해 구동한다.

압축시켜 가열한 흡기(intake air)는 가습탑(8)의 저부분으로 안내되나, 적합한 경우 가습탑(8) 저부면에서 회수한 물을 상부로 안내한다.

물은 탱크(10)내로 회수시켜 가습탑(8)의 상부분내에 공급하도록 하여 가습탑의 순환통로로서 열교환기를 통과할때 물을 가열시킨다.

가습탑(8)내에서는 물이 미스트로 분산되면서 통과하며 동시에, 가습탑(8)을 통하여 하방으로 낙하하고, 흡기가 가습탑(8)을 통하여 상방으로 유동한다.

이때, 물의 일부는 증발되어 가습탑(8)의 외부와 내연기관(1)의 연소체임버 내의 흡기와 동행한다.

이와같이, 증발되는 물의 유량과 비교하여 현저하게 더 많은 상당한 유량의 물을 공급한다. 그 결과,증발에너지는 실제의 물에서 얻는다. 이것이 엔탈피의 변화(enthalpy change)이다.

이와같은 방법으로 하여 가스혼합물중에서 물을 증발시킬 때, 그 증발은 수증기가 가스혼합물중에서 나오는 분압에서 발생하기 때문에 종래의 기술에서와 같이 물만이 종재하는 경우에서 보다 상당히 낮은 저온에서 증발이 발생한다. 이것은 다음의 기술적인 의미가 있다. 흡기를 가습탑(8)에 공급시킬 때 그 공급지점 가까이 있는 증발이 가장 낮은 저온에서 발생하여 수분함량과 분압이 증가함에 따라 증발이 가습탑(8)을 통하여 상방으로 증가한다.

위에서 설명한 바와같이 에너지가 상당량있는 강력한 증발이 비교적 대단히 낮은 저온에서 발생할 때, 증발 프로세스에서 낮은 레벨의 에너지를 사용할 수 있다. 저 레벨에너지는 내연기관(1)에서 냉각수 또는 배기중의 과잉열과 같이 다량으로 얻어진다.

이와같이, 위에서 설명한 냉각수, 배기 또는 양자는 가습탑(8)에 공급하기전에 예열하여 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 방법과 장치의 바람직한 실시예를 위에서 설명하였으나, 이것은 실시예에 불과하며, 청구범위에서와 같이 본 발명의 범위내에서 여러가지로 변형할 수 있다.

예로서, 물 대신, 바람직하고 적합한 어떤 액체라도 증발시킬 수 있다. 그 액체를 분산하는 노즐은 그 구조에 따라 액체가 가습수단의 저부면 쪽으로 유동하도록 하는 하나의 배열장치(arrangement)(8¹¹)로 대치시킬 수 있다.

본 발명은 증기(vapour)를 내연기관(internal combustion engine)의 흡기(intate air)에 공급하는 방법 및 그 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.

수증기(wate vapour)를 내연기관의 흡기에 공급하는 기본적인 기술은 공지되었다. 이와같은 공지기술은 이들의 공지기술중에서 특히 터보 차지형 내연기관(turbo-charged internal combustion engines)에서 실시되었다.

무엇보다도 특히 이와 같은 흡기를 가습(moistening)시켜, 질소산화물의 배출을 감소시켰다.

이와같은 흡기의 가습처리기술은 과잉의 공기로 조작함으로써 3원촉매(three-way catalysts)를 형성할 수 없는 엔진에서 특히 기술적인 관심이 있었다.

또, 동일하게 알코올에 의해 출력하는 엔진에 증발연료(evaporated fuel)를 공급하는 기술도 공지되었다.

수증기를 내연기관의 흡기에 공급하는 장치는 특허문헌 US-4, 632, 067의 명세서에 기재되어 있다. 이 장치에서는 동일하게 처리하는 다른 공지의 장치에서와 같이, 가열요소(Heating element)에 의해 수증기를 직접 가열함으로써 수증기가 형성되었으며, 여기서 수증기는 내연기관에 공급하는 공기와 혼합시켰다.

이와같이 수증기를 증발시키는 기술은 비교적 다량의 높은 레벨의 에너지를 필요로 한다.

더욱이, 최적결과를 얻기 위하여 공기 1ℓ 당 가장 적합한 균형량(balanced amounts)의 수증기를 공급할 필요가 있으므로 그 흡기의 흐름량을 단기간동안에 걸쳐 크게 변동시켜야 하므로 수중기(또는 다른 증기)의 공급량의 조절이 기술적으로 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 수증기 또는 다른 증기를 내연기관의 흡기에 공급하는 방법과 그 방법을 실시하는 장치를 제공하는데 있으며, 본 발명의 방법과 장치는 위에서 설명한 종래기술의 결점을 극복하며 내연기관에서의 질소산화물의 배출량을 현저하게 감소시킴과 동시에 연료의 이용도를 향상시킨다.

본 발명의 목적은 각각 특허청구범위의 제 1항 내지 제 6항에 의한 방법과 장치에 의해 달성된다.

즉, 본 발명의 목적은 가습수단(moistening means)내에서 흡기와 액체를 접촉하며, 가습수단내에서 그 흡기와 액체에 증기를 동시 공급하여 그 흡기와 액체가 가습수단을 통하여 반대방향으로 유동하도록 하는 내연기관에 공급한 흡기에 증기를 공급하는 방법으로 하여 달성된다.

본 발명에 의해, 흡기는 증기가 공급되기전에 압축되며, 내연기관의 냉각수 또는 배기(exhaust gases)중에 포함되어 있는 에너지를 사용하여 증기를 생성하는 액체를 가습수단내로 액체를 공급하기전에 예열한다. 그 액체는 가습수단의 상부분내로 공급하여 미스트(mist)로 분산시킬 수 있다.

미스트는 가습수단을 통하여 하방으로 자유낙하 하도록 한다.

그 흡기는 가습수단의 저부분(lower part)내로 공급시켜 흡기가 미스트를 통하여 상방으로 유동하도록 한다.

본 발명에 의해, 그 액체는 가습수단의 상부분내로 유입하도록 하여 그 유입한 액체는 가습수단내에 설치한 접촉체(contact body)상에 분산시켜 그 접촉체에 따라 하방으로 유동하도록 한다.

흡기는 가습수단의 하부분내로 공급시켜 접촉체에 따라 상방으로 유동하도록 한다.

그 다음으로, 내연기관으로 공급되는 흡기에 증기를 공급하는 장치는 액체를 가습수단내로 공급하는 제 1접속(first connection)과 흡기를 가습수단내로 공급하는 제 2접속(second conneetion)을 구비한 가습수단(moistering means)을 구성한다.

그 가습수단은 흡기와 액체를 서로 접촉시키면서, 동시에 가습수단을 통하여 반대방향으로 유동시켜 증기를 흡기에 공급하도록 한다.

본 발명의 장치는 또 예열기(preheater)를 구성하여, 그 예열기를 가습수단의 제 1접속에 접속시켜 가습수단내에 액체를 공급하기전에 액체를 예열한다. 그 예열기는 내연기관의 냉각수 또는 배기에 접속시켜 냉각수중에 포함되어 있는 에너지를 액체에 전달한다.

가습수단의 제 2접속은 압축기에 접속시켜 그 압축기는 흡기를 압축하도록 하여 내연기관에 접속한다.

노즐은 가습수단의 상부분(upper part)내에 설치시켜 제 1접속에 연결하여 액체를 미스트(mist)로 살포(spreading)및 분산시킨다.

가습수단은 가습수단내에 설치되어 있는 하나의 배열장치(arrangement)를 구비하여 그 배열장치에 따라 액체가 하방으로 유동하도록 한다.

그 흡기(intake air)중에서 얻어진 액체를 직접 증발시킴으로써, 하나의 특별한 효과로서 흡기중에서 증기량의 자력조정(self-regulation)을 얻을 수 있으므로, 흡기중에서 공기량의 분리조정(separate regulation)을 필요로 하지 않는다.

또, 내연기관의 연소프로세스에서 생성한 저레벨의 폐기 에너지에서는 증발용 에너지를 회수할 수 있다.

Claims (6)

1. 가습수단(moistening means)(8)내에서 흡기(intake air)와 액체를 접촉시키며, 흡기와 액체를 가습수단(8)내로 동시에 공급하여 가습수단(8)을 통해 흡기와 액체를 반대방향으로 유동하도록 하는 스텝(steps)에 의해 증기를 공급하는 스텝으로 이루어진 내연기관(1)에 공급한 흡기에 증기를 공급하는 방법에 있어서,

   증기를 공급하기전에 흡기를 압축하고, 내연기관(1)의 냉각수 또는 배기(exhaust gases)중에 포함되어 있는 에너지(enherent energy)를 사용하여 액체를 가습수단(8)내로 공급하기전에 예열하는 스텝(step)으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   액체를 가습수단(8)의 상부분(upper part)내로 공급하여, 공급한 액체를 미소트(mist)로 분산시키고, 분산시킨 미스트(mist)를 가습수단(8)을 통하여 하방으로 자유낙하(fall freely)하도록 하며, 흡기를 가습수단(8)의 하부분(low part)내로 공급시켜 미스트를 통해 상방으로 흡기가 유동하도록 하는 스텝으로 구성함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   액체를 가습수단(8)의 상부분내로 공급하여,

   공급한 액체를 가습수단(8)내에 설치한 접촉체(contact body)상에 살포(spreading)시켜 액체가 접촉체에 따라 하방으로 유동하도록 하고, 흡기를 가습수단(8)의 하부분내로 공급시켜 흡기를 접촉체에 따라 상방으로 유동하도록 하는 스텝으로 구성함을 특징으로하는 방법.
4. 액체를 가습수단(8)내로 공급하는 제 1접속(first connection)과 흡기를 가습수단(8)내로 공급하는 제 2접속(secend connection)를 구비한 가습수단(8)을 구성시켜, 그 가습수단(8)이 흡기와 액체를 서로 접촉시킴과 동시에 가습수단(8)을 통하여 반대방향으로 유동하도록 하여 흡기에 증기를 공급할 수 있도록 하는 내연기관에 공급한 흡기에 증기를 공급하는 장치에 있어서, 가습수단(8)의 제1접속에 접속시켜 액체를 가습수단(8)내로 공급하기전에 예열하는 예열기(preheater)(11)를 구성하여, 그 예열기(11)를 내연기관(1)의 냉각수 또는 배기(exhaust gases)에 접속시켜 냉각수중에 포함되어 있는 에너지를 액체에 전달하도록 하며, 가습수단(8)의 제 2접속을 압축기(6)에 접속시켜 압축기가 흡기를 압축하도록 하고 내연기관에 접속함을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   가습수단(8)의 상부분내에 배치시켜 제 1접속에 접속시킨 노즐(nozzle)을 구성하여 노즐이 액체를 미스트(mist)로 살포 및 분산시킴을 특징으로 하는 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   가습수단(8)내에 설치한 하나의 배치장치(arrangement)(8¹¹)를 구성하여, 액체가 그 배치장치에 따라 하방으로 유동하도록 함을 특징으로 하는 장치.